Gerador de Código-Objeto - Compiladores

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro O PROCESSO DE TRADUÇÃO – ESTRUTURA DE UM TRADUTOR

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Esta fase utiliza a representação interna produzida pelo Analisador Sintático e gera como saída uma seqüência de código. Esse código pode, eventualmente, ser o código objeto final mas, na maioria das vezes, constitui-se num código intermediário, pois a tradução de código fonte para objeto em mais de um passo apresenta algumas vantagens: possibilita a otimização de código intermediário, de modo a obter-se o código objeto final mais eficiente; resolve, gradualmente, as dificuldades da passagem de código fonte para código objeto (alto nível para baixo nível), já que o código fonte pode ser visto como um texto condensado que explore em inúmeras instruções elementares de baixo nível.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO A geração de código intermediário pode estar estruturalmente distribuída nas fases anteriores (análise sintática e semântica) ou mesmo não existir (tradução direta para código objeto), no caso de tradutores bem simples. A grande diferença entre o código intermediário e o código objeto final é que o intermediário não especifica detalhes tais como quais registradores serão usados, quais endereços de memória serão referenciados, etc.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Exemplo de código intermediário while I < 100 do I := J + I ; Para o comando while apresentado anteriormente, o gerador de código intermediário, recebendo a árvore de derivação mostrada na figura, poderia produzir a seguinte seqüência de instruções:

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO L0 if I < 100 goto L1 goto L2 L1 TEMP := J + I I := TEMP goto L0 L2 ... Há vários tipos de código intermediário: quádruplas, triplas, notação polonesa pós-fixada, etc. A linguagem intermediária do exemplo acima é chamada "código de três endereços", pois cada instrução tem no máximo três operandos.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Resumindo... No processo de traduzir um programa fonte para um código objeto, um compilador pode produzir uma ou mais representações intermediárias, as quais podem ter diversas formas. As árvores de sintaxe denotam uma forma de representação intermediária; elas normalmente são usadas durante as análises sintática e semântica. Depois das análises sintática e semântica do programa fonte, muitos compiladores geram uma representação intermediária explícita de baixo nível ou do tipo linguagem de máquina, que podemos imaginar como um programa para uma máquina abstrata. Essa representação intermediária deve ter duas propriedades importantes: ser facilmente produzida e ser facilmente traduzida para a máquina alvo.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Consideramos uma forma intermediária, chamada código de três endereços, que consiste em uma seqüência de instruções do tipo assembler com três operandos por instrução. Cada operando pode atuar como um registrador. A saída do gerador de código intermediário na Figura consiste em uma seqüência de instruções ou código de três endereços...

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COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Vários pontos precisam ser observados em relação aos códigos de três endereços. Primeiro, cada instrução de atribuição de três endereços possui no máximo um operador do lado direito. Assim, essas instruções determinam a ordem em que as operações devem ser realizadas; a multiplicação precede a adição no programa fonte. Segundo, o compilador precisa gerar um nome temporário para guardar o valor computado por uma instrução de três endereços. Terceiro, algumas "instruções de três endereços", como a primeira e última na seqüência, possuem menos de três operandos.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO O gerador de código gera, a partir do código intermediário (IR), o código para a máquina-alvo. Neste texto, escreveremos o código-alvo em forma de linguagem de montagem para facilitar o entendimento, embora a maioria dos compiladores gere diretamente o código-objeto. É nessa fase da compilação que as propriedades da máquina-alvo se tornam o fator principal. Não é apenas necessário usar as instruções conforme apresentadas na máquina-alvo, mas também as decisões sobre a representação de dados assume um papel importante, como, por exemplo, quantos bytes ou palavras as variáveis de inteiros e de ponto flutuante ocuparão na memória.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO Em nosso exemplo, precisamos decidir como armazenar inteiros para gerar o código de indexação de matrizes. Por exemplo, uma seqüência de código possível para a expressão dada poderia ser (em uma linguagem de montagem hipotética): MOV R0, index ;; valor de index  R0 MUL R0, 2 ;; dobra valor em R0 MOV R1, &a ;; endereço de a  R1 ADD R1, R0 ;; adiciona R0 a R1 MOV *R1, 6 ;; constante 6  endereço em R1

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO Nesse código, usamos uma convenção de C para os modos de endereçamento, assim, &a é o endereço de a (ou seja, o endereço inicial da matriz) e *R1 significa o endereçamento indireto de registro (ou seja, a última instrução armazena o valor 6 no endereço contido em R1). Nesse código, também assumimos que a máquina efetua endereçamento de bytes e que inteiros ocupam dois bytes de memória (daí o uso de 2 como fator de multiplicação na segunda instrução).

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO Esta fase tem como objetivos: produção de código objeto, reserva de memória para constantes e variáveis, seleção de registradores, etc. É a fase mais difícil, pois requer uma seleção cuidadosa das instruções e dos registradores da máquina alvo a fim de produzir código objeto eficiente. Existem tradutores que possuem mais uma fase para realizar a otimização do código objeto, isto é, otimização do código dependente de máquina.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO Resumindo... O gerador de código recebe como entrada uma representação intermediária do programa fonte e o mapeia em uma linguagem objeto. Se a linguagem objeto for código de máquina de alguma arquitetura, devem-se selecionar os registradores ou localizações de memória para cada uma das variáveis usadas pelo programa. Depois, os códigos intermediários são traduzidos em seqüências de instruções de máquina que realizam a mesma tarefa. Um aspecto crítico da geração de código está relacionado à cuidadosa atribuição dos registradores às variáveis do programa.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO Por exemplo, usando os registradores R1 e R2, o código intermediário em (1.4) poderia ser traduzido para o código de máquina LDF R2, id3 MULF R2, R2, #60.0 LDF R1, id2 ADDF R1, R1, R2 STF id1, R1

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO O primeiro operando de cada uma das instruções especifica um destino. O F em cada uma das instruções nos diz que ela manipula números de ponto flutuante. O código em (1.5) carrega o conteúdo do endereço id3 no registrador R2, depois o multiplica pela constante de ponto flutuante 60.0 O # significa que o valor 60.0 deve ser tratado como uma constante imediata. A terceira instrução move id2 para o registrador R1, e a quarta o soma com o valor previamente calculado no registrador R2. Finalmente, o valor no registrador R1 é armazenado no endereço de id1, portanto o código mostrado implementa corretamente o comando de atribuição. Esta discussão sobre geração de código ignorou a importante questão relativa à alocação de espaço na memória para os identificadores do programa fonte.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERADOR DE CÓDIGO OBJETO A organização de memória em tempo de execução depende da linguagem sendo compilada. Decisões sobre a alocação de espaço podem ser tomadas em dois momentos: durante a geração de código intermediário ou durante a geração do código.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OTIMIZADOR DE CÓDIGO-ALVO Nessa fase, o compilador tenta melhorar o código-alvo, gerado pelo gerador de código. Entre as melhorias, podemos ter a escolha de modos de endereçamento para melhorar o desempenho, a substituição de instruções lentas por outras mais rápidas e a eliminação de operações redundantes ou desnecessárias. No código-alvo, dado como exemplo, diversas melhorias são possíveis. Uma delas é usar a instrução de deslocamento para substituir a multiplicação na segunda instrução (o que consome muito tempo de execução). Outra é usar um modo de endereçamento mais poderoso, como o endereçamento indexado para armazenar a matriz. Com essas duas otimizações, nosso código-alvo fica assim:

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OTIMIZADOR DE CÓDIGO-ALVO MOV R0, index ;; valor de index  R0 SHL R0 ;; dobra valor em R0 MOV &a[R0], 6 ;; constante 6  endereço a + R0

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERÊNCIA DE TABELAS Este módulo não constitui uma fase no sentido das anteriores, mas compreende um conjunto de tabelas e rotinas associadas que são utilizadas por quase todas as fases do tradutor. Algumas das tabelas usadas são fixas para cada linguagem, por exemplo, a tabela de palavras reservadas, tabelas de delimitadores, etc. Entretanto, a estrutura que possui importância fundamental é aquela que é montada durante a análise do programa fonte, com informações sobre: declarações de variáveis; declarações dos procedimentos ou subrotinas; parâmetros de subrotinas; etc.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERÊNCIA DE TABELAS Essas informações são armazenadas na Tabela de Símbolos (às vezes chamada de tabela de nomes ou lista de identificadores). A cada ocorrência de um identificador no programa fonte, a tabela é acessada, e o identificador é procurado na tabela. Quando encontrado, as informações associadas a ele são comparadas com as informações obtidas no programa fonte, sendo que qualquer nova informação é inserida na tabela.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERÊNCIA DE TABELAS Os dados a serem coletados e armazenados na tabela de símbolos dependem da linguagem, do projeto do tradutor, do programa objeto a ser gerado. Entretanto, os atributos mais comumentemente registrados são: - para variáveis: classe (var), tipo, precisão, tamanho, endereço associado; - parâmetros formais: classe (par), tipo, forma de passagem; - procedimentos/subrotinas: classe (proc), número de parâmetros; A Tabela de Símbolos deve ser estruturada de uma forma tal que permita rápida inserção e extração de informações, porém deve ser tão compacta quanto possível.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro GERÊNCIA DE TABELAS Resumindo... Uma função essencial de um compilador é registrar os nomes de variáveis usados no programa fonte e coletar informações sobre os diversos atributos de cada nome. Esses atributos podem prover informações sobre o espaço de memória alocado para um nome, seu tipo, seu escopo, ou seja, onde seu valor pode ser usado no programa, e, no caso de nomes de procedimento, informações sobre a quantidade e os tipos de seus argumentos, o tipo retomado e o método de passagem de cada argumento, por exemplo, por valor ou por referência. A tabela de símbolos é uma estrutura de dados contendo um registro para cada nome de variável, com campos para os atributos do nome. A estrutura de dados deve ser projetada para permitir que o compilador encontre rapidamente o registro para cada nome e armazene ou recupere dados desse registro também rapidamente.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro ATENDIMENTO A ERROS Este módulo tem por objetivo "tratar os erros" que são detectados em todas as fases de análise do programa fonte. Qualquer fase analítica deve prosseguir em sua análise, ainda que erros tenham sido detectados. Isso pode ser realizado através de mecanismos de recuperação de erros, encarregados de re-sincronizar a fase com o ponto do texto em análise. A perda desse sincronismo faria a análise prosseguir de forma errada, propagando o efeito do erro. É fundamental que o tradutor prossiga na tradução, após a detecção de erros, de modo que o texto seja totalmente analisado.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro FERRAMENTAS PARA CONSTRUÇÃO DE COMPILADOR O projetista de compilador, como qualquer desenvolvedor de software, pode tirar proveito dos diversos ambientes de desenvolvimento de software modernos contendo ferramentas como editores de texto, depuradores, gerenciadores de versão, profilers, ferramentas de testes e assim por diante. Além dessas ferramentas gerais de desenvolvimento de software, outras ferramentas mais especializadas foram desenvolvidas para auxiliar na programação de diversas fases de um compilador. Essas ferramentas utilizam linguagens especializadas para especificar e implementar componentes específicos, e muitas usam algoritmos bastante sofisticados.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro FERRAMENTAS PARA CONSTRUÇÃO DE COMPILADOR As ferramentas mais bem-sucedidas são aquelas que ocultam os detalhes de seus algoritmos e produzem componentes que podem ser facilmente integrados ao restante do compilador. Algumas das ferramentas mais utilizadas na construção de compiladores são:

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro FERRAMENTAS PARA CONSTRUÇÃO DE COMPILADOR Geradores de analisadores sintáticos, que produzem automaticamente reconhecedores sintáticos a partir de uma descrição gramatical de uma linguagem de programação. Geradores de analisadores léxicos, que produzem analisadores léxicos a partir de uma descrição dos tokens de uma linguagem em forma de expressão regular. Mecanismos de tradução dirigida por sintaxe, que produzem coleções de rotinas para percorrer uma árvore de derivação e gerar código intermediário. Geradores de gerador de código, que produzem um gerador de código a partir de uma coleção de regras para traduzir cada operação da linguagem intermediária na linguagem de máquina para uma máquina alvo.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro FERRAMENTAS PARA CONSTRUÇÃO DE COMPILADOR Mecanismos de análise de fluxo de dados, que facilitam a coleta de informações sobre como os valores são transmitidos de parte de um programa para cada uma das outras partes. A análise de fluxo de dados é uma ferramenta essencial para a otimização do código. Conjuntos de ferramentas para a construção de compiladores, que oferecem um conjunto integrado de rotinas para a construção das diversas fases de um compilador.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR A interação entre os algoritmos, usados nas fases de um compilador, e as estruturas de dados, que dão suporte a essas fases, é bastante forte. O escritor do compilador tenta implementar esses algoritmos de forma tão eficiente quanto possível, sem incorrer em muita complexidade adicional. Idealmente, um compilador deveria ser capaz de compilar um programa em tempo proporcional ao tamanho do programa, ou seja, em tempo O(n), em que n mede o tamanho do programa (usualmente, o número de caracteres). Nesta seção, indicamos algumas das principais estruturas de dados necessárias para a operação de cada fase e para a comunicação entre fases.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR MARCAS Quando um sistema de varredura armazena caracteres em uma marca, ele, em geral, representa a marca simbolicamente, ou seja, como um valor de um tipo de dado enumerado que representa o conjunto de marcas da linguagem-fonte. Por vezes, é também necessário preservar a cadeia de caracteres ou outras informações derivadas dela, como, por exemplo, o nome associado a uma marca identificadora ou o valor de uma marca numérica. Na maioria das linguagens, o sistema de varredura precisa apenas gerar uma marca por vez (isso é chamado de verificação à frente de símbolo único). Nesse caso, uma única variável global pode ser usada para preservar a informação da marca. Em outros casos (mais notavelmente em Fortran), pode ser necessária uma matriz de marcas.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR A ÁRVORE SINTÁTICA Se o analisador sintático gera uma árvore sintática, ela é normalmente construída como uma estrutura padrão baseada em ponteiros, que é alocada dinamicamente à medida que a análise sintática ocorre. A árvore toda pode ser armazenada como uma única variável que aponta para o nó-raiz. Cada nó na estrutura é um registro cujos campos representam a informação coletada pelo analisador sintático e, posteriormente, pelo analisador semântico.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR Por exemplo, o tipo de dados de uma expressão pode ser um campo no nó da árvore sintática para aquela expressão. Por vezes, para economizar espaço, esses campos são também alocados dinamicamente, ou então armazenados em outras estruturas de dados, como a tabela de símbolos, que permitem a alocação e a liberação seletivas. Cada nó da árvore sintática pode requerer o armazenamento de diferentes atributos, dependendo do tipo de estrutura da linguagem representada (por exemplo, um nó de expressão tem requisitos diferentes de um nó de declaração). Nesse caso, cada nó na árvore sintática pode ser representado por um registro variante, com cada tipo de nó contendo apenas as informações necessárias para cada caso.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR A TABELA DE SÍMBOLOS Essa estrutura de dados guarda informações de identificadores: funções, variáveis, constantes e tipos de dados. A tabela de símbolos interage com quase todas as fases do compilador: varredura, análise sintática e análise semântica podem fornecer identificadores à tabela;

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR O analisador semântico adiciona tipos de dados e outras informações; e as fases de otimização e geração de código utilizam a informação da tabela de símbolos para efetuar escolhas apropriadas para o código-objeto. Corno a tabela de símbolos é acessada, com bastante freqüência, a inserção, a eliminação e o acesso precisam ser eficientes, preferivelmente de tempo constante. Uma estrutura de dados padrão para isso é a tabela de hashing, embora diversas estruturas de árvores possam ser utilizadas. Por vezes, diversas tabelas são utilizadas e mantidas em uma lista ou pilha.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR A TABELA DE LITERAIS Inserção eficiente e acesso rápido são também essenciais para a tabela de literais, que armazena constantes e cadeias de caracteres usados em um programa . Entretanto, uma tabela de literais não precisa permitir eliminações, pois seus dados se aplicam globalmente ao programa, e uma constante ou cadeia de caracteres aparece apenas uma vez nessa tabela. A tabela de literais é importante para reduzir o tamanho de um programa na memória, pois permite o reaproveitamento das constantes e das cadeias de caracteres. Ela também é usada pelo gerador de código para construir endereços simbólicos para literais e para fornecer definições de dados ao arquivo de código-fonte.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR CÓDIGO INTERMEDIÁRIO Dependendo do tipo de código intermediário (por exemplo, código de três endereços e P-código) e das otimizações efetuadas, esse código pode ser armazenado como uma matriz de cadeias de caracteres, um arquivo-texto temporário ou uma lista ligada de estruturas. Nos compiladores com otimizações complexas, é dada atenção especial à escolha de representações que permitam reorganização fácil.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR ARQUIVOS TEMPORÁRIOS Antigamente, os computadores não possuíam memória suficiente para que um programa inteiro fosse mantido na memória durante a compilação. Esse problema era resolvido com arquivos temporários que preservavam os resultados dos passos intermediários de tradução ou pela compilação "sob demanda", ou seja, pelo armazenamento apenas de informação das partes anteriores do programa-fonte que possibilitavam a continuação da tradução. Restrições de memória são agora um problema muito menor, e é possível manter na memória uma unidade completa de compilação, especialmente se a linguagem contar com compilação separada. Ainda assim, os compiladores ocasionalmente consideram útil gerar arquivos intermediários durante alguns dos passos de processamento.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS EM UM COMPILADOR Um exemplo típico são os endereços de revisão retroativa durante a geração de código. Por exemplo, na tradução de uma declaração condicional como a seguinte, if x = 0 then ... else ... é preciso gerar um salto do teste para a parte indicada pelo else antes de ser conhecida a localização do código para essa parte do programa: CMP X, 0 JNE NEXT ;; localização do NEXT ainda não conhecida <código para a parte then> NEXT: <código para a parte ele> Normalmente, deve ser reservado um espaço para valor de NEXT, que é preenchido quando o valor é conhecido. Isso pode ser feito com facilidade usando um arquivo temporário.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR A estrutura de um compilador pode ser vista por diferentes ângulos. Anteriormente descrevemos suas fases, que representam a estrutura lógica de um compilador. Outros pontos de vista são: a estrutura física do compilador, o seqüenciamento das operações etc. Quem escreve um compilador deve ter familiaridade com tantas visões quanto possível da estrutura de um compilador, pois a estrutura do compilador tem grande impacto em sua confiabilidade, eficiência, utilidade e facilidade de manutenção. Agora consideraremos outros aspectos da estrutura de um compilador e indicaremos como cada visão se aplica.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR ANÁLISE E SÍNTESE Segundo essa visão, as operações do compilador que analisam o programa-fonte para computar suas propriedades são classificadas como análise, enquanto as operações que produzem código traduzido são classificadas como síntese. Naturalmente, análise léxica, análise sintática e análise semântica fazem parte da análise, enquanto a geração de código faz parte da síntese. Os passos de otimização podem envolver tanto análise como síntese. A análise tende a ser mais matemática e mais bem entendida, enquanto a síntese requer técnicas mais especializadas. Assim, pode ser útil separar os passos de análise dos passos de síntese, para que eles possam ser modificados independentemente.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR FRENTE E FUNDO Segundo essa visão, o compilador é separado em operações que dependem somente da linguagem-fonte (a frente) e operações que dependem somente da linguagem-alvo (o fundo). Isso é similar à divisão entre análise e síntese: a varredura, a análise sintática e a análise semântica fazem parte da frente, e a geração de código faz parte do fundo.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Entretanto, a análise de otimização pode ser dependente do alvo, e, portanto, parte do fundo, e a síntese de código intermediário é freqüentemente independente do alvo e, portanto, parte da frente. Teoricamente, o compilador seria dividido estritamente em duas partes, com a representação intermediária servindo como meio de comunicação entre elas:

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Essa estrutura é especialmente importante para a transportabilidade de compiladores, com o projeto do compilador considerando mudanças de código-fonte (o que requer a reescrita da frente) ou de código-alvo (o que requer a reescrita do fundo). Na prática, é difícil conseguir essa separação, e compiladores transportáveis ainda apresentam características que dependem das linguagens-fonte e alvo. Parte da culpa disso advém de mudanças rápidas e fundamentais ocorridas nas linguagens de programação e nas arquiteturas de computadores, mas também é difícil reter toda a informação necessária para mudar de linguagem-alvo ou tornar as estruturas de dados suficientemente gerais para permitir mudanças de linguagem-fonte. Ainda assim, tentativas consistentes de separar frente e fundo valem a pena para facilitar a transportabilidade.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR PASSADAS Para um compilador, é freqüentemente conveniente processar o programa-fonte diversas vezes antes de gerar o código. Essas repetições recebem o nome de passadas. Após a passada inicial, que constrói uma árvore sintática ou então um código intermediário a partir da fonte, cada passada consiste em processar a representação intermediária, acrescentando informações, alterando a estrutura ou produzindo uma representação diferente. Passadas podem ou não corresponder a fases - geralmente uma passada será composta por diversas fases.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Dependendo da linguagem, um compilador pode ser de uma passada, com todas as fases ocorrendo em uma única passada. O resultado é uma compilação eficiente, mas (normalmente) um código-alvo menos eficiente. Pascal e C são linguagens que permitem compilação de uma passada. (Modula-2 é uma linguagem cuja estrutura requer pelo menos duas passadas.) A maioria dos compiladores com otimização utiliza mais de uma passada;

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Uma organização típica é uma passada para varredura e análise sintática, uma passada para a análise semântica e otimização de fonte, e uma terceira passada para a geração de código e otimização de alvo. Compiladores com otimização pesada podem usar ainda mais passadas: cinco, seis ou até mesmo oito passadas.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR DEFINIÇÃO DE LINGUAGEM E COMPILADORES Observamos que as estruturas léxica e sintática de uma linguagem de programação são usualmente especificadas formalmente e utilizam expressões regulares e gramáticas livres de contexto. A semântica de uma linguagem de programação, entretanto, ainda é comumente especificada em inglês (ou outra linguagem natural). Tais especificações (juntamente com a estrutura formal léxica e sintática) são usualmente agrupadas em um manual de referência da linguagem, ou definição da linguagem. Para linguagens novas, a definição e o compilador são freqüentemente desenvolvidos simultaneamente, pois as técnicas disponíveis para o compilador podem ter grande impacto na definição da linguagem. Similarmente, a maneira como a linguagem é definida tem grande impacto nas técnicas necessárias para construir o compilador.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Uma situação mais comum é a linguagem ser bem conhecida e já ter uma definição. Por vezes, essa definição pode ser considerada um padrão para a linguagem, aprovado por uma organização oficial de padronização como o American National Standards Institute (ANSI) ou a International Organization for Standardization (ISO). Por exemplo, Fortran, Pascal e C têm padronização ANSI. Ada tem uma padronização aprovada pelo governo dos Estados Unidos. Nesse caso, é preciso interpretar a definição da linguagem e implementar um compilador conforme essa definição.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Isso não costuma ser uma tarefa fácil, mas é, às vezes, simplificada pela existência de um conjunto de programas de teste padrão (um conjunto de teste) para verificar o compilador (existe um conjunto como esse para Ada). Ocasionalmente, uma linguagem tem sua semântica dada por uma definição formal e matemática. Diversos métodos atualmente em uso fazem isso, e nenhum dos métodos atingiu o status de padrão, embora a chamada semântica denotacional seja um dos métodos mais comuns, especialmente na comunidade de programação funcional. Quando existe uma definição formal para uma linguagem, então é (teoricamente) possível construir uma prova matemática da correção do compilador com relação à definição. Entretanto, isso é tão difícil que quase nunca é feito. De qualquer modo, as técnicas para construir essas provas estão além do escopo deste texto, e técnicas de semântica formal não serão estudadas aqui.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Um aspecto da construção de compiladores que é particularmente afetado pela definição da linguagem é a estrutura e o comportamento do ambiente de execução. Vale a pena notar, entretanto, que a estrutura dos dados permitidos em uma linguagem de programação, e particularmente os tipos de ativações de funções e valores de retorno permitidos, têm efeito decisivo na complexidade do sistema de execução. Em particular, os três tipos básicos de ambientes de execução, em ordem crescente de complexidade, são:

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Primeiro, o Fortran77, sem ponteiros ou alocação dinâmica e sem ativações recursivas de funções, possibilita um ambiente de execução completamente estático, no qual a alocação de memória é efetuada antes da execução. Isso torna a tarefa de alocação particularmente fácil para quem escreve o compilador, pois não existe a necessidade de gerar código para manter o ambiente. Segundo, Pascal, C e outras linguagens similares à Algol possibilitam uma forma limitada de alocação dinâmica e ativações recursivas de funções e requerem um ambiente de execução "semidinâmico", baseado em pilhas com uma estrutura dinâmica adicional denominada heap, de onde o programador pode escalonar a alocação dinâmica.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Finalmente, linguagens funcionais e a maioria das linguagens orientadas a objetos, como LISP e Smalltalk, requerem um ambiente "totalmente dinâmico", em que toda a alocação é efetuada automaticamente pelo código gerado no compilador. Isso é complicado, pois requer que a memória seja liberada também automaticamente, o que exige algoritmos complexos de "coleta de lixo".

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR OPÇÕES E INTERFACES DE UM COMPILADOR Um aspecto importante da construção de compiladores é a inclusão de mecanismos para a interface com o sistema operacional e para fornecer opções ao usuário. Exemplos de mecanismos de interface são recursos de entrada e saída e acesso ao sistema de arquivos da máquina-alvo. Exemplos de opções para o usuário são a especificação de características de listagens (comprimento, mensagens de erros, tabelas de referências cruzadas) e opções de otimização de código (desempenho de certas otimizações). Interface e opções são denominadas coletivamente como a pragmática do compilador.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Por vezes, uma definição de linguagem especifica a necessidade de fornecer certa pragmática. Por exemplo, Pascal e C especificam certos procedimentos de entrada/ saída (em Pascal, eles fazem parte da linguagem, e em C eles fazem parte da especificação de uma biblioteca padrão). Em Ada, diversas diretivas do compilador, denominadas pragmas, fazem parte da definição da linguagem. Por exemplo, as declarações Ada pragma LIST (ON) ; ... pragma LIST(OFF); geram uma listagem do compilador para a parte do programa contida entre os pragmas.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR TRATAMENTO DE ERROS Uma das funções mais importantes de um compilador é sua resposta a erros no programa-fonte. Erros podem ser detectados durante quase todas as fases de compilação. Esses erros estáticos (ou em tempo de compilação) devem ser reportados por um compilador, e é importante que ele possa gerar mensagens de erro inteligíveis e concluir a compilação após cada erro. Cada fase de um compilador requer um tratamento de erros ligeiramente diferente, e assim um sistema para tratamento de erros necessita de diferentes operações, cada uma apropriada para uma fase e situação específicas.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Técnicas de tratamento de erros para cada fase serão, portanto, estudadas separadamente. Uma definição de linguagem requer usualmente não apenas que erros estáticos sejam capturados por um compilador, mas também que certos erros de execução sejam capturados. Isso exige que um compilador gere código adicional para efetuar testes apropriados de execução, a fim de garantir que todos esses erros causem um evento apropriado durante a execução.

COMPILADORES Prof. Anderson Favaro OUTROS ASPECTOS DA ESTRUTURA DE UM COMPILADOR Um evento dos mais simples interromperá a execução do programa. Freqüentemente, entretanto, isso é inadequado, e uma definição de linguagem deve requerer a presença de mecanismos para tratamento de erros. Isso pode complicar substancialmente o gerenciamento de um sistema de execução, especialmente se um programa puder continuar a execução do ponto no qual ocorreu o erro. Não consideraremos a implementação desses mecanismos, mas mostraremos como um compilador pode gerar código de teste para garantir que erros específicos de execução interrompam a execução.

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